室内移动机器人路径规划与定位技术研究

论文摘要

本文研究对象是室内移动机器人，针对各种不同的室内环境，合理高效的路径规划算法和室内定位技术是论文研究的重点。论文的工作包括两个部分，一是路径规划算法的分析仿真和算法在硬件系统上的应用，二是室内无线定位技术及其在硬件系统上的应用。论文分析了已有路径规划技术的方法，重点研究了基于栅格地图的路径规划算法：区域覆盖路径规划算法和点到点路径规划算法。针对室内环境特点提出了环境地图的建模，具体算法设计以及基本的行进方式，用VS.NET软件开发平台对两种路径规划算法进行了软件仿真。本论文在研究了室内定位系统的相关技术以及常用的室内定位方法的基础上，分析了多种室内定位算法的应用特点和测距方法，重点研究了基于ZigBee无线网络的室内定位技术。最后，本文设计并实现了一个基于英飞凌微控制器的简单移动机器人系统及其室内定位系统。硬件控制部分主要包括主控芯片模块，电机驱动模块，传感器模块以及其定位模块等；软件设计部分主要包括A/D模块，PWM模块，以及具体的覆盖算法和定位算法等。论文将仿真过的算法应用于机器人系统的路径规划和定位，验证了算法的有效性。本论文的工作对机器人路径规划及定位方面的研究，有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 智能移动机器人的发展与分类
• 1.2.1 国内外发展动态
• 1.2.2 国内发展动态
• 1.3 论文的内容安排及主要工作
• 第二章 室内移动机器人的路径规划技术
• 2.1 路径规划技术的核心问题
• 2.2 环境地图模型
• 2.2.1 环境地图的建立
• 2.2.2 环境地图的分类
• 2.2.3 基于栅格法的环境地图
• 2.3 区域覆盖路径规划
• 2.3.1 区域覆盖路径规划方法
• 2.3.2 区域覆盖策略
• 2.4 点到点的路径规划
• 2.4.1 点到点路径规划方法
• 2.4.2 快速算法
• 2.4.3 距离转换算法
• 第三章 室内定位方法及其关键技术
• 3.1 常用的室内定位方法
• 3.1.1 基于构造地图的定位方法
• 3.1.2 基于路标的定位方法
• 3.2 室内无线定位技术
• 3.2.1 ZigBee 技术
• 3.2.2 无线射频识别技术
• 3.2.3 蓝牙技术
• 3.2.4 无载波通信技术
• 3.3 常用的测距算法
• 3.3.1 RSSI 测距算法
• 3.3.2 AOA 测距算法
• 3.3.3 TOA 测距算法
• 3.3.4 TDOA 测距算法
• 第四章 机器人软硬件系统设计与实现
• 4.1 实验机器人硬件的总体设计
• 4.1.1 机器人的运动模型
• 4.1.2 机器人的控制系统
• 4.2 机器人的硬件平台设计
• 4.2.1 机器人控制芯片
• 4.2.2 机器人行走驱动设计
• 4.2.3 障碍物探测功能设计
• 4.2.4 机器人定位系统设计
• 4.3 机器人的软件设计
• 4.3.1 机器人软件设计开发环境
• 4.3.2 环境地图的建立
• 4.3.3 区域覆盖算法的实现
• 4.3.4 机器人定位系统软件设计
• 第五章 仿真与测试
• 5.1 区域覆盖规划仿真测试
• 5.1.1 迂回覆盖
• 5.1.2 内螺旋覆盖
• 5.1.3 两种覆盖算法性能比较
• 5.2 点到点路径规划算法仿真测试
• 5.2.1 快速算法
• 5.2.2 距离转换算法
• 5.2.3 两种算法性能比较
• 5.3 机器人系统测试与分析
• 5.3.1 机器人系统实验测试
• 5.3.2 定位实验测试
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献